細菌、ウイルス、または有毒物質は、PM0.3 などの超微粒子物質によって運ばれ、周囲温度環境に広く蔓延し、公衆衛生に対する脅威となっています。さらに、産業用高温排ガスは環境を著しく汚染します。人々の健康と環境の最適化のために、バクテリアを含む周囲のソースと高温ソースの両方に適用できる濾過膜の開発が急務となっています。現在、ほとんどの濾過膜は、濾過耐久性の低さや工業化の遅れなどの技術的なボトルネックに直面しています。これらの問題に対処するために、武漢紡績大学の学者徐偉林氏が率いるチームは、遠心紡糸技術を利用しました。外部電場を必要とせずに、ポリイミドは紡糸プロセス中に自発的に分極分子構造を獲得し、形成された繊維マットの表面に強力な自立静電力を生成します。銀ナノ粒子をその場で成長させることにより抗菌性を付与し、抗菌性と長期濾過を実現します。この技術は濾過膜の大量調製も実現します。彼らの仕事、"自立型静電抗菌ポリイミド/銀繊維マットをベースにした耐熱エアフィルター、"先端機能材料誌に掲載されました。論文の共同筆頭著者は武漢紡績大学のLv Pei博士と2023年卒業生の修士課程学生Ju Zheng氏で、責任著者として学者のXu Weilin氏とLiu Xin教授が名を連ねている。

ポリイミド繊維マットの表面での強力な自己持続静電力の発生は、主に遠心紡糸プロセス中の巨視的な摩擦と微視的な双極子分極に起因します。繊維と空気の間、および繊維間の摩擦によって強い静電場が生成され、これがポリイミド分子の分極を引き起こし、それによって静電場がさらに強化されます。ポリイミドは高い絶縁性と優れた誘電特性により、静電損失が最小限に抑えられ、表面静電力の散逸が遅くなります。キャスティングによって得られたポリイミドフィルムと比較して、強い静電気力は遠心紡糸された繊維マットの表面にのみ存在します。さらに分子シミュレーションにより、遠心紡糸およびキャスティング法によって得られるポリイミド分子の異なる分極度が確認されました。遠心紡糸された繊維マットとキャストフィルムの水素結合エネルギーは、それぞれ 28.54 kJ/モル と 19.50 kJ/モル であり、それらの熱安定性と一致していました。さらに、遠心紡糸繊維マットの絶対極性パラメーターはキャストフィルムの絶対極性パラメーターよりも高く、遠心紡糸プロセスがポリイミド分子の分極を誘発し、分子極性を高めることがさらに確認されました。

ポリイミドとその銀ナノ粒子複合繊維マットの形態および物理化学的特性の分析により、その場成長法により銀ナノ粒子がポリイミド繊維マットにうまく付着することが示された。30 ～ 350 °C の熱分解温度範囲内で、ポリイミド/銀ナノ粒子繊維マット (PI/銀) の重量損失は 5% を超えません。耐熱性試験では、PI/銀 繊維が 280 °C での長期熱処理後でも、繊維径に大きな変化がなく、連続形状を維持していることが示されています。PI/銀 の優れた熱安定性により、この材料をベースにしたエアフィルターは 200 ～ 300 °C の環境温度で長期間使用できます。

PI/銀 の濾過性能試験では、厚さ 260 μm の繊維マットの PM0.3 濾過効率は 99.1%、厚さ 180 μm の繊維マットでは 98.1% であり、圧力損失は 73.67 パ に低減されています。 、平均表面静電電圧は -713 V です。対照的に、市販のポリイミド繊維マットの表面静電圧は -10 V のみで、PM0.3 の濾過効率は 58.5% です。超高表面静電電圧と遠心紡糸により構築された3Dネットワーク構造が相乗的にPI/Agの空気ろ過効率を高めます。330 日後でも、PI/銀 の表面静電電圧は依然として -700 V 以上を維持し、280 °C で 1 時間の高温処理後でも、PM0.3 の濾過効率は 91.3% 以上を維持します。したがって、PI/銀 は低い圧力損失を確保しつつ、高温環境下でも長期間のろ過を実現します。抗菌試験では、PI/銀 が大腸菌および黄色ブドウ球菌に対して顕著な抗菌活性を示すことが示されています。したがって、この研究で調製されたPI/Agは、室温の細菌源の空気ろ過だけでなく、工業用の高温源の排ガスろ過にも使用できます。

要約：著者らは、遠心紡糸技術を使用して、強力な自己持続静電力を備えた抗菌性、耐高温性のポリイミド繊維マットを調製しました。このマットは、自己持続静電力の効果により、高いPM0.3濾過効率を確保しながら、低い圧力損失。この研究は、多機能で効率的な空気濾過繊維材料を大規模かつ連続的に調製するための新しいアプローチを提供します。